Способ термического упрочнения проката Советский патент 1980 года по МПК C21D1/02 C21D1/78 

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ПРОКАТА

I

Изобретение относится к термической Обработке проката, преимущественно к термическому упрочнению арматурных стержней .м елких и средних профилей сортоЬой стали.

Известен способ термического уппрочнения проката, включающий аустенизацию, прокатку, двухстадийное охлаждение самоотпуск, обеспечивающий высокую ударную вязкость, хладостойкость, прочность при статическом и циклическом нагружении, пластичность и равномерность свойств стали 1. Он также позволяет легко управлять процбссой структурообразования по сечению изделия.

Однако изделия, упрочненные, без последующего высокого отпуска, не подвергаются сварке, поскольку под воздействием сварочного тепла имеет место их разупрочнение.

Наиболее близок к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки изделий, включающий нагрев, охлаждение всего изделия со скоростью выше критической и отпуск до 300-750 С, при этом перед закалкой всего изделия производят ускоренное охлаждение его поверхности

со скоростями ниже критической до 750-450°С 2. Такой способ обеспечивает получение высокого комплекса механических свойств стали, особенно в условиях знакопеременных нагрузок. Однако при реализации указанного способа термической обработки изделий в его общем виде при ускоренном охлаждении поверхности изделия со

10 скоростями ниже критической во время нерегламентированной паузы между ускоренным охлаждением и закалкой всего изделия возможен распад аустенита на феррит и перлит, в результате чего

15 не обеспечивается получение стали с заданной степенью упрочнения. С другой ст ороны, отпуск (самоотпуск) при температурах 300-500 С в осевой зоне изделия обеспечивает получение струк20туры отпущенного мартенсита или бейнита, которая при сварке претерпевает дополнительный высокий отпуск со снижением прочностных свойств материала .

25

Цель изобретения - предотвращение разупрочнения при сварке термически упрочненной углеродистой и низколегированной стали с содержанием углерода 0,22-0,37%. Поставленная цель достигается те что в предлозкенном способе термичес кого упрочнения стальных изделий, двухстадийное охлаждение ведут со скоростью 400-600 град/с, при этом первую стадию охлаждения проводят д достижения на поверхности температу ры 600-650°С, после чего осуществля ют выдержку в течение 1,2-4,0 с, а затем проводят вторую стадию охлаждения до достижения средней по сече нию температуры 550-625 С. При регламентированном (со скоростью 400-600 град/с) охлаждении п верхности проката арматурНЕЛх .стержн из стали с ограниченным содержанием углерода до температуры 600-650°С образуется наружная кольцевая зона однородной структурой продуктов про межуточного превращения аустенита и частично, мартенсита без выделения структурно свободного феррита. Пони женйе скорости охлаждения ниже 400 град/с приводит к выделению как в наружной кольцевой зоне, так и внутренних слоях проката структурно свободного феррита и за счет этого к снижению его физико-механических свойств. При более высоких скоростях охлаждения (свьше 600 град/с) степен упрочнения арматуры повышена и агре гатная прочность таких стержней не реализуется в сварных, соединениях. Во время выдержки, равной 1,24,0 с, между стадиями охлаждения про исходит частичное выравнивание температуры по сечению проката, повьашение температуры наружной кольцевой зоны до 700-750С и самоотпуск этих слоев. При паузе менее 1,2 с требуемая для формирования структуры и свойств степень самоотпуска наружной зоны не обеспечивается, что приводит к снижению пластических свойств, а увеличение паузы свыше 4 с приводит к выделению большого количества избыточного фе ррита в глубинных слоях П1 ркатов и понижению его аг эегатных прочностных и пластических характеристик. Предложенная технология обес печивает получение термически упрочненных стержней, металл наружной кол цевой зоны поперечного сечения (до 3 площади) которых имеет структуру высокоотпущенного сорбита закалки, а осевой зоны (свыше 70% площади) - псевдоэвтектоида с выделившимся по границам избыточным ферритом. . Благодаря регламентированному охлаждению на первой стадии и последующей выдержке для выравнивания тем пературы по сечению изделия охлаждение во второй стадии и последующий самоотпуск приводят к тому, что основная массе металла претерпевает пр вращение в; момент наименьшей устойчивости ауст енита с образованием про дуктов, твердость которых по сечению изменяется незначительно. Полученная зтим способом структура аналогична структуре, которая обра- зуется при сварке стали с содержанием углерода 0,22-0,37% на участках перегрева, перекристаллизации и отпуска зоны термического влияния, а твердость термически упрочненного металла соответствует твердости металла зоны термического влияния. Поэтому термически упрочненная по предложенному способу сталь не разупрочняется при сварке и может применяться в сварных конструкциях. Пример . Стержневую арматуру диаметром 16 ;мм из углеродистой стали, содержащей 0,36% углерода; 0,58% марганца и 0,24% кремния, после прокатки с температурой 1040С рхлаждают непосредственно за чистовой клетью стана в блоке предварительного охлаждения со скоростью 425 град/с до достижения температуры на поверхности изделия 640С. В процессе перемещения стержней от блока предварительного охлаждения до основного блока охлаждения в течение 2,8 с за счет тепла внутренних слоев стержня происходит частичное выравнивание температуры по их сечению. При входе в основной блок охлаждения темпера- , тура на поверхности стержней 730С. . В основном блоке охлаждения стержни охлаждают со скоростью 425 град/с до , После термического упрочнения стержни имеют следующие свойства: временное сопротивление 68 кгс/мм, предел текучести 52 кгс/мм, относительное удлинение 21%. Структура поверхностного слоя представляет собой сорбит высокого отпуска с твердостью 225 HV; структура внутренней зоны представляет собой конгломерат зёрен псевдоперлита (80%) и феррита (20%) , выделившегося по границам перлитной составляющей. Твердость металла зтой зоны составляет 185-190 HV. После сварки стыков притяженными швами установлено, что временное сопротивление сварных соединений равно временному сопротивлению исходной стали. Твердость участка перегрева зоны термического влияния равна 220230 HV, участка перекристаллизации и высокого отпуска - 180-185 HV. Отсутствие разупрочнения при сварке термически упрочненных арматурных стержней обусловлено особенностью строения структуры стали, их идентичностью со структурой металла зоны термического влияния и кратковременного термического цикла сварки. Предложенный способ позволяет. в промышленныхТиасштабах осуществить производство углеродистой термически упрочненной стали, которая по своим свойствам, в том числе и свариваеюcтью, не уступает низколегирован-

744038-6

кГйюоставоГиГТ ° предотвравевия рааупрочжен о г лГ5 -- BeS;:,°c KipSis ss::° ™ L «ss.... - -

P0j ггс и 08Г2С.течение 1,2-4,0 с, а затем проводят Формула изобретения ния средней по сечению температуры

Способ термического упоочненмяг.

проката, преимущественно аомат ««ы«Источники информации,

стержней из сталГс со ержанием гле- Р «™« во внимание при экспертизе

рода 0,22-0,37%, включающий аустени а- ,5о,оðР° свидетельство СССР

Цию, двухстадийное охлаждение и 15 29227, кл. с 21 D 1/78, 1970.

пуск, отличающийся тем сТ1оп ° ° °® свидетельство СССР

щ и и с я тем, ц 616303, кл. С 21 D 1/78, 1977.

вторую стадию охлаждения до двстизкё